718中厚板表面裂紋產(chǎn)生原因分析

陳建禮

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心， 山西 太原 030003）

718中厚板表面裂紋產(chǎn)生原因分析

陳建禮

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心， 山西 太原 030003）

采用LeicaDMR光學(xué)顯微鏡觀察718中厚板表面裂紋的形貌、非金屬夾雜物，采用掃描電鏡/能譜儀（438VP/KEVEX）對裂紋和基體化學(xué)成分進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)工藝參數(shù)，從非金屬夾雜、裂紋形貌、連鑄生產(chǎn)參數(shù)等方面對718中厚板表面裂紋產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明：連鑄機(jī)冷卻系統(tǒng)存在問題，致使連鑄坯局部過冷，產(chǎn)生熱應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致坯料產(chǎn)生裂紋并且在軋制過程中進(jìn)一步延伸。

表面裂紋 連鑄 熱應(yīng)力

718是國際上廣泛應(yīng)用的塑料模具鋼，綜合力學(xué)性能好，淬透性高，具有很好的拋光性能和光潔度［1］。718產(chǎn)品主要有扁鋼、中厚板、模塊等，這些產(chǎn)品一般采用模鑄鋼錠和電渣錠熱加工而成。太鋼從1995年開始生產(chǎn)718中厚板，生產(chǎn)工藝路線為“電爐+鋼包精煉+真空脫氣→模注鋼錠→加熱→初軋機(jī)開坯→退火→中板廠加熱軋制→熱處理”。為降低718中厚板生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品綜合競爭力，從2009年開始，開展了“鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉+LF精煉+RH真空脫氣→連鑄→紅送軋鋼廠→加熱軋制→預(yù)硬化熱處理”生產(chǎn)工藝的開發(fā)。在生產(chǎn)試驗(yàn)初期，其中一批718中厚板出現(xiàn)表面裂紋質(zhì)量問題。因此從非金屬夾雜、裂紋形貌、連鑄生產(chǎn)參數(shù)等方面對718中厚板表面裂紋產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)材料為有表面裂紋缺陷的718中厚板試料，實(shí)驗(yàn)材料生產(chǎn)過程為“鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉+LF精煉+RH真空脫氣→連鑄→紅送軋鋼廠→加熱軋制→緩冷”，坯料化學(xué)成分見表1。

表1 718中厚板化學(xué)成分 %

采用LeicaDMR光學(xué)顯微鏡觀察718中厚板表面裂紋的形貌、非金屬夾雜物，采用掃描電鏡/能譜儀（438VP/KEVEX）對裂紋和基體化學(xué)成分進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)工藝參數(shù)，分析718中厚板表面開裂原因。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 718中厚板表面裂紋分布

不同規(guī)格中厚板側(cè)邊均出現(xiàn)裂口（見圖1），板面裂紋主要集中于距邊部20～30 cm的區(qū)域內(nèi)（見圖2），在板面其他部位未發(fā)現(xiàn)裂紋。

圖1 側(cè)邊裂紋

圖2 表面裂紋分布

2.2 鋼板低倍、非金屬夾雜物及超聲波探傷檢驗(yàn)情況

718鋼板常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目主要有低倍、非金屬夾雜物、超聲波探傷等項(xiàng)目，檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 718中厚板常規(guī)檢驗(yàn)結(jié)果

718鋼板低倍、非金屬夾雜物及超聲波探傷檢驗(yàn)情況正常，鋼質(zhì)較為純凈，低倍組織較致密，超聲波探傷也符合1級標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求，鋼板內(nèi)在質(zhì)量較好。

2.3 裂紋分析

從718中厚板裂口處取樣進(jìn)行金相觀察（見圖3、圖4），發(fā)現(xiàn)裂口附近無異常非金屬夾雜物，裂口處有較為嚴(yán)重的氧化現(xiàn)象，無過熱、過燒現(xiàn)象，未見明顯的次生裂紋。由掃描電鏡及能譜分析裂紋處（見圖5、圖6）表明：缺陷處無非金屬夾雜（渣）物且金屬成分無明顯差異，不存在偏析現(xiàn)象，可以排除卷入連鑄保護(hù)渣的可能性。

圖3 鋼板邊部裂口

圖4 鋼板表面裂口

圖5 基體能譜分析

圖6 缺陷處能譜分析

3 分析討論

從上述分析結(jié)果來看，718中厚板鋼質(zhì)純凈、低倍組織致密，裂口附近無異常非金屬夾雜（渣）物，說明該批718鋼冶煉和精煉過程正常，鋼質(zhì)不是導(dǎo)致鋼板開裂的因素。在裂口處沒有發(fā)現(xiàn)過熱、過燒現(xiàn)象，說明鋼板開裂與坯料加熱無關(guān)。工藝查證數(shù)據(jù)顯示，連鑄坯被紅送到中板廠裝入加熱爐時(shí)坯溫均在400℃以上，遠(yuǎn)高于該鋼種Ms點(diǎn)（260℃），連鑄坯不會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，可以排除組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力導(dǎo)致連鑄坯開裂的原因。鋼板軋制后未經(jīng)任何熱處理，但裂口周圍有高溫氧化質(zhì)點(diǎn)，氧化現(xiàn)象較為明顯，由此推斷坯料在入加熱爐前表面已經(jīng)開裂，裂口在鋼坯加熱過程中被氧化。

經(jīng)過對718連鑄過程生產(chǎn)參數(shù)查證，發(fā)現(xiàn)本批連鑄坯連鑄時(shí)二冷水水流量明顯高于其他批次，冷卻強(qiáng)度較大，與圖7所示的正常鑄坯相比，連鑄坯側(cè)邊及側(cè)表面冷卻效果極不均勻（見圖8）：鑄坯高溫區(qū)域?yàn)?50～800℃，低溫區(qū)域?yàn)?60～600℃，坯料表面溫差較大。從下頁圖9可以明顯看出，鋼板開裂部位與鑄坯冷卻不均勻部位基本重合。

圖7 正常鑄坯

圖8 異常連鑄坯

從718鋼高溫?zé)崴苄郧€（見下頁圖10）可以看出，718鋼在1 000℃以下，抗拉強(qiáng)度顯著增加，熱塑性逐漸降低，熱塑性能變差。在連鑄過程中，由于連鑄機(jī)二冷水冷卻強(qiáng)度較大且冷卻不均勻，導(dǎo)致連鑄坯側(cè)邊及表面局部溫度偏低、塑性變差，連鑄坯矯直時(shí)低溫部位發(fā)生開裂現(xiàn)象。連鑄坯在隨后的加熱過程中，紋裂部位發(fā)生氧化現(xiàn)象，軋制時(shí)使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展形成裂口。

為杜絕718鋼板表面裂紋現(xiàn)象，煉鋼廠對連鑄機(jī)二冷系統(tǒng)進(jìn)行了檢修，后續(xù)生產(chǎn)的多個(gè)批次的718中板均未發(fā)生開裂現(xiàn)象。

圖9 鋼板表面裂紋分布

圖10 718鋼高溫?zé)崴苄郧€

4 結(jié)論

1）由于連鑄機(jī)冷卻系統(tǒng)存在問題，致使連鑄坯局部過冷或存在過大的冷卻間歇，連鑄坯側(cè)邊及表面局部溫度偏低、塑性變差，矯直時(shí)連鑄坯的低溫部位發(fā)生開裂現(xiàn)象。

2）連鑄坯在隨后的加熱過程中，紋裂部位發(fā)生氧化現(xiàn)象，軋制時(shí)使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展形成裂口。

［1］ 陳再枝，藍(lán)德年.模具鋼手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

（編輯：胡玉香）

Analysis about Reasons of Surface Cracks in Mid-thick Planks of Plastic Die Steel 718

CHEN Jianli
（Technology Center of Shanxi Taiyuan Stainless Steel Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030003）

The feature of cracks and nonmetallic inclusion of cut deal of plastic die steel 718 are analyzed by LeicaDMR optical microscope，and the cracks and chemical components are also analyzed by the scanning electron microscope. Based on status technology parameter，the reason of 718 plate surface crack was studied from aspects of Non-Metallic inclusions，crack morphology and parameters of casting production process.The results showed that problems existed in the caster cooling system，and this made the continuously cast slab local supercooled and thermal stress concentration generated，leading to crack in the billet.The surface crack would further extended in the rolling process.

surface cracks，caster，thermal stress

TG142.45

A

1672-1152（2016）05-0037-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.14

2016-07-27

陳建禮（1968—），男，主要從事模具鋼產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn)工藝研究工作，高級工程師。